第4章電梯控制技術(shù)ppt課件

1、電梯的拖動控制系統(tǒng)第一節(jié) 概述第一節(jié) 概述同許多工業(yè)生產(chǎn)過程一樣，電梯作為機(jī)電緊密結(jié)合的產(chǎn)品，在其運(yùn)行過程中，為了維持正常的工作條件，就必須對某些物理量如：電壓、位移、轉(zhuǎn)速等進(jìn)行控制，使其能按照一定的規(guī)律變化。一、拖動控制系統(tǒng)的基本概念(一)自動控制 所謂自動控制，就是沒有人的直接參與，而是利用控制裝置本身操縱對象，從而使被控量恒定或按某一規(guī)律變化。（二開環(huán)控制 圖4-1所示開環(huán)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是只有輸入量ur對輸出量n起單向控制作用，而輸出量n對輸入量ur卻沒有任何影響和聯(lián)系，即系統(tǒng)的輸出端和輸入端之間不存在反饋回路。開環(huán)系統(tǒng)的方框圖可用圖4-2表示。圖中箭頭表示元部件之間信號的傳遞方向

2、。作用于電動機(jī)軸上的阻力矩用Mc表示，稱之為干擾或擾動。 圖4-1 開環(huán)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)原理圖 圖4-2 開環(huán)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)方框圖 開環(huán)控制系統(tǒng)的精度，主要取決于ur的給定精度以及控制裝置參數(shù)的穩(wěn)定程度。由于開環(huán)系統(tǒng)沒有抵抗外部干擾的能力，故控制精度較低。但由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)較低，故在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)穩(wěn)定、沒有干擾作用或所受干擾較小的場合下，仍會大量使用。 （三閉環(huán)控制系統(tǒng) 在圖4-1所示系統(tǒng)中，加入一臺測速發(fā)電機(jī)，并對電路稍作改變，就構(gòu)成了轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖4-3所示）。它克服了開環(huán)控制系統(tǒng)精度不高和適應(yīng)性不強(qiáng)的缺點(diǎn)，由于引入反饋環(huán)節(jié)，使輸出量對控制作用有直接影響。因此，提高了控制質(zhì)量。相應(yīng)的

3、系統(tǒng)方框圖如圖4-4所示。由于采用了反饋回路，致使信號的傳送路徑形成閉合環(huán)路，使輸出量反過來直接影響控制作用，以求減小或消除偏差。 圖4-3 閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)原理圖 圖4-4 閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)方框圖 閉環(huán)控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抵抗擾動的能力。假設(shè)圖4-3所示系統(tǒng)原已處在某個(gè)給定電壓ur相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速n狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)受到某些干擾如負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mc突然增大而引起轉(zhuǎn)速下降時(shí)，系統(tǒng)就自動地產(chǎn)生如下的調(diào)整過程：Mc n u =（ur-uf ） ua n結(jié)果，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速降落得到自動補(bǔ)償，使被控量n基本保持恒定。 由于閉環(huán)控制系統(tǒng)采用了反饋裝置，導(dǎo)致設(shè)備增多，線路復(fù)雜，對于一些慣性較大的系統(tǒng)，若參數(shù)配合不當(dāng)，控

4、制過程可能變差，甚至出現(xiàn)發(fā)散或等幅振蕩等不穩(wěn)定的情況。 （四基本性能要求 由于各種自動控制系統(tǒng)的被控對象和要完成的任務(wù)各不相同，故對性能指標(biāo)的具體要求也不一樣。總體目標(biāo)都是希望實(shí)際的控制過程盡量接近于理想的控制過程，并歸納為穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性和抗擾性。 1穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。任何一個(gè)能夠正常運(yùn)行的控制系統(tǒng)，首先必須是穩(wěn)定的。圖4-5為某隨動系統(tǒng)對階躍輸入的跟蹤過程，其中圖4-5a為衰減振蕩過程，表示系統(tǒng)是穩(wěn)定的；圖4-5b是等幅振蕩過程，表示系統(tǒng)處于穩(wěn)定與不穩(wěn)定的臨界狀態(tài)一般認(rèn)為是不穩(wěn)定）；圖4-5c是發(fā)散的振蕩過程，表明系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。不穩(wěn)定的系統(tǒng)是無法使用的，

5、 圖4-5 隨動系統(tǒng)對階躍輸入的跟蹤過程 a衰減振蕩過程 b等幅振蕩過程 c發(fā)散振蕩過程 2快速性 由于系統(tǒng)的對象和元件通常具有一定的慣性，并受到能源功率的限制，因此，當(dāng)系統(tǒng)輸入給定輸入或擾動輸入信號改變時(shí)，在控制作用下，系統(tǒng)必然由原來的平衡狀態(tài)經(jīng)歷一段時(shí)間才過渡到另一個(gè)新的平衡狀態(tài)，這個(gè)過程稱為過渡過程。過渡過程越短，表明系統(tǒng)的快速性越好，它是衡量現(xiàn)代化交通設(shè)施質(zhì)量高低的重要指標(biāo)之一。3準(zhǔn)確性 對一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)而言，當(dāng)過渡過程結(jié)束后，系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值與期望值之差稱為穩(wěn)態(tài)誤差，它是衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的重要指標(biāo)。穩(wěn)態(tài)誤差越小，表示系統(tǒng)的準(zhǔn)確性越好。4抗擾性 對任一系統(tǒng)，在其控制過程中，都會出現(xiàn)各

6、種各樣的擾動信號，而系統(tǒng)對擾動的抵抗能力強(qiáng)弱會直接影響到輸出信號或被調(diào)量的質(zhì)量，擾動導(dǎo)致輸出量的變化越小，表示系統(tǒng)的抗擾能力越強(qiáng)。（五比例積分控制在自控系統(tǒng)中，采用比例調(diào)節(jié)器的閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制系統(tǒng)是有靜差的調(diào)速系統(tǒng)。要想實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)的無靜差，就必須改變單純的比例控制規(guī)律，從根本上找出消除靜差的方法。1積分調(diào)節(jié)器由線性集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的積分調(diào)節(jié)器簡稱I調(diào)節(jié)器的組成如圖4-6所示。從該圖可以看出積分調(diào)節(jié)器具有如下特點(diǎn)： 圖4-6 積分調(diào)節(jié)器 1積累作用 只要輸入信號不為零其極性不變），積分調(diào)節(jié)器的輸出就一直增長，只有當(dāng)輸入信號為零時(shí)，輸出才停止增長。利用積分調(diào)節(jié)器的這個(gè)特性，就可以完全消除系統(tǒng)

7、中的穩(wěn)態(tài)偏差靜差）。實(shí)際應(yīng)用時(shí)調(diào)節(jié)器設(shè)有輸出限幅裝置。2記憶作用 在積分過程中，當(dāng)輸入信號衰減為零時(shí)，輸出并不為零，而是始終保持在輸入信號為零前的那個(gè)輸出瞬時(shí)值上。這是積分控制明顯區(qū)別于比例控制的地方。正因如此，積分控制可以使閉環(huán)系統(tǒng)在偏差輸入即給定與反饋的差值為零時(shí)，保持恒速運(yùn)行，從而得到無靜差系統(tǒng)。3延緩作用 從以上分析可知，盡管積分調(diào)節(jié)器的輸入信號為階躍信號，但其輸出卻不能隨之跳變，而是逐漸積分、線性增長。這就是積分調(diào)節(jié)器的延緩作用，這種延緩將影響系統(tǒng)控制的快速性。2比例積分調(diào)節(jié)器由于積分調(diào)節(jié)器具有延緩作用，因此在控制的快速性上不如比例調(diào)節(jié)器。如果一個(gè)控制系統(tǒng)既要達(dá)到無靜差又要響應(yīng)快，可

8、以把比例控制和積分控制兩種規(guī)律結(jié)合起來，構(gòu)成比例積分調(diào)節(jié)器如圖4-7簡稱PI調(diào)節(jié)器）。 圖4-7比例積分調(diào)節(jié)器 階躍輸入時(shí)PI調(diào)節(jié)器的輸出特性如圖4-8。可見當(dāng)突加輸入電壓Uin時(shí)，輸出電壓突跳到KpiUin，以保證一定的快速控制作用，即比例部分起作用，隨著時(shí)間的增長，積分部分逐漸增大，調(diào)節(jié)器的輸出Uex在KpiUin基礎(chǔ)上線性增長，直至達(dá)到運(yùn)算放大器的限幅值。 圖4-8 階躍輸入時(shí)PI調(diào)節(jié)器的輸出特性 從PI調(diào)節(jié)器控制的物理意義上看，當(dāng)突加輸入信號時(shí)，由于電容兩端電壓不能突變，則電容相當(dāng)于瞬時(shí)短路，此時(shí)的調(diào)節(jié)器相當(dāng)于一個(gè)放大系數(shù)為Kpi=R1R0的比例調(diào)節(jié)器，在其輸出端立即呈現(xiàn)電壓KpiUi

9、n，實(shí)現(xiàn)快速控制。以后，隨著電容C被充電，輸出電壓Uex在KpiUin基礎(chǔ)上開始線性增長積分），直至穩(wěn)態(tài)。達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，電容C相當(dāng)于開路，與積分調(diào)節(jié)器一樣，調(diào)節(jié)器可以獲得極大的開環(huán)放大系數(shù)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差。 由此可見，比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)，互相補(bǔ)充。圖4-9繪出了當(dāng)PI調(diào)節(jié)器的輸入信號為一般函數(shù)時(shí)調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載突加時(shí)，偏差電壓Un即為此波形），調(diào)節(jié)器的輸出動態(tài)過程。輸出波形中比例部分和Uin成正比，積分部分是Uin對時(shí)間的積分曲線，PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uex即為這兩部分的和()。可見，Uex既

10、具有快速響應(yīng)性能，又可以消除系統(tǒng)的靜態(tài)偏差。 圖4-9 一般信號輸入時(shí)PI調(diào)節(jié)器的輸出特性 某調(diào)速系統(tǒng)的組成如圖4-10所示，由于系統(tǒng)采用了PI調(diào)節(jié)器，必然能做到無靜差調(diào)速，所以下面只著重分析系統(tǒng)抗負(fù)載擾動的動態(tài)過渡過程其過渡過程曲線見圖4-11）。 圖4-10采用PI調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng) 圖4-11 采用PI調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)突加負(fù)載時(shí)的過渡過程 曲線1比例部分的輸出 曲線2積分部分的輸出 曲線3比例積分的輸出 當(dāng)負(fù)載由TL1突增到TL2時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電動轉(zhuǎn)矩而使轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)速反饋電壓Un隨之下降，使調(diào)節(jié)器輸入偏差Un 0，于是引起PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過程。在調(diào)節(jié)過程的初始階段，比例部分立即響應(yīng)，

11、輸出KpUn，它使控制電壓Uct增加U ct1，經(jīng)整流后整流輸出電壓Ud增加Ud1。其大小與轉(zhuǎn)速偏差n成正比，n越大，Uct1Ud1)越大，調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，從而使轉(zhuǎn)速沿著曲線緩慢下降。積分部分的輸出電壓Uct2與Un對時(shí)間的積分成正比，即 或 （4-19）在初始階段，由于nUn較小，所以積分部分的輸出增長緩慢，如圖4-11中曲線2所示。當(dāng)n達(dá)到最大值nmax時(shí)，比例部分的輸出Uct1達(dá)到最大值，積分部分輸出Uct2的增長速度最大。以后，轉(zhuǎn)速開始回升，nUn逐漸減小，比例部分的輸出Uct1也逐漸減小，積分部分輸出Uct2的增長速度逐漸降低，但其數(shù)值本身仍然是向上增長的，并對轉(zhuǎn)速的回升起主要作用，直

12、至轉(zhuǎn)速恢復(fù)到原值，n=0，U=0，此時(shí)Uct2停止增長，并保持在這個(gè)數(shù)值上，而比例部分輸出Uct1衰減為零。這樣積分作用的結(jié)果最終使Uct比原穩(wěn)態(tài)值Uct1高出Uct成為Uct2,進(jìn)而增加了整流電壓Ud，從而使轉(zhuǎn)速回到原來的穩(wěn)態(tài)值上，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)。 總的Uct變化曲線為曲線1和曲線2相加。在整個(gè)調(diào)節(jié)過程中，初始和中間階段比例部分的調(diào)節(jié)起主要作用，它迅速抑制轉(zhuǎn)速的下降，使轉(zhuǎn)速回升。在調(diào)節(jié)過程的后期，轉(zhuǎn)速降落已很小，比例調(diào)節(jié)的作用已不顯著，而積分調(diào)節(jié)作用上升到主要地位，并依靠它最終消除靜差。 從上述的系統(tǒng)抗負(fù)載擾動過程變化曲線可以看出，無靜差調(diào)速系統(tǒng)只是在穩(wěn)態(tài)上的無靜差，在動態(tài)時(shí)即過渡過程

13、中還是有差的。一般衡量調(diào)速系統(tǒng)抗擾過程的動態(tài)性能指標(biāo)主要有最大動態(tài)速降nmax和恢復(fù)時(shí)間tv(見圖4-11)。 比例積分調(diào)節(jié)器的等效放大系數(shù)在動態(tài)和穩(wěn)態(tài)時(shí)是不同的。在動態(tài)時(shí)放大系數(shù)較小，以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性的需要；在穩(wěn)態(tài)時(shí)放大系數(shù)很大，以滿足系統(tǒng)無靜差的需要。所以比例積分調(diào)節(jié)器很好地解決了系統(tǒng)動、穩(wěn)態(tài)之間的矛盾，因而在調(diào)速系統(tǒng)和其它控制系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。 二、拖動控制系統(tǒng)的應(yīng)用 圖4-12是電梯拖動控制系統(tǒng)的原理圖。主驅(qū)動曳引電動機(jī)經(jīng)減速器與曳引輪連接，曳引輪兩側(cè)懸掛轎廂和對重，測速發(fā)電機(jī)與電動機(jī)同軸安裝，其輸出的電壓uf 與轉(zhuǎn)速n成正比，uf 作為系統(tǒng)的反饋電壓與給定電壓ug進(jìn)行比較，得出

14、偏差信號u，經(jīng)電壓放大器放大成uK，再經(jīng)功率放大電路得到電動機(jī)的電樞電壓ua對于交流電動機(jī)還有頻率f）。 圖4-12 電梯拖動控制系統(tǒng)原理圖 當(dāng)電梯需要運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)接收到起動信號，該信號使電源接通，繼而功率驅(qū)動部分得電，則曳引電動機(jī)具備了工作的條件；同時(shí)，速度曲線發(fā)生器開始工作，即給出相應(yīng)的代表速度的電壓信號ug，該信號是預(yù)先設(shè)計(jì)好的，如圖中的曲線所示。在曳引電動機(jī)啟動的初始階段，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速n還沒有建立起來，測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓uf幾乎為0，則差值u=uguf較大，于是經(jīng)電壓、功率放大后，電機(jī)在較大的電樞電壓ua作用下很快啟動，并逼近期望的速度曲線。若電動機(jī)的轉(zhuǎn)速由于某種原因突然下降例如：

15、電源波動或?qū)к壊恢钡龋?，該系統(tǒng)就會出現(xiàn)以下控制過程： nufu =（ug-uf ）uKuan控制的結(jié)果是使電機(jī)轉(zhuǎn)速回升，達(dá)到期望值為止。在本系統(tǒng)中，電動機(jī)是控制對象，電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)速n是被控量。轉(zhuǎn)速n經(jīng)測速發(fā)電機(jī)測出并轉(zhuǎn)換成適量的電壓后，再經(jīng)反饋通道送至電壓放大器的入端與速度給定電壓比較后，控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。第二節(jié) 速度、位置檢測裝置在自控系統(tǒng)中，檢測裝置所起的作用相當(dāng)于人的感覺器官，它們每時(shí)每刻都要完成對各種信息的測量，再將測得的大量信息通過轉(zhuǎn)換、加工或處理，給自動控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供有效的數(shù)據(jù)，用以完成控制過程、生產(chǎn)過程以及工藝管理、質(zhì)量檢測和安全方面的控制。

16、可見，檢測裝置在自動控制領(lǐng)域中占有重要的地位。速度檢測裝置（一測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)是把機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號的微型電機(jī)。在自動控制系統(tǒng)和模擬計(jì)算裝置中，作為檢測元件、解算元件和角加速度信號元件等，測速發(fā)電機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。在交流、直流調(diào)速系統(tǒng)中，利用測速發(fā)電機(jī)形成速度反饋通道以構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以大大改善系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能，提高系統(tǒng)精度，并能明顯減弱參數(shù)變化和非線性因素對系統(tǒng)性能的影響。而在解算裝置中，測速發(fā)電機(jī)又可作為解算元件，作積分、微分運(yùn)算。目前應(yīng)用的測速發(fā)電機(jī)主要有直流測速發(fā)電機(jī)、交流測速發(fā)電機(jī)和霍爾效應(yīng)測速發(fā)電機(jī)等。測速發(fā)電機(jī)的電氣圖形符號如圖4-13所示。圖4-1

17、3 測速發(fā)電機(jī)的圖形符號 a直流測速發(fā)電機(jī) b他勵(lì)式直流測速發(fā)電機(jī) c永磁式直流測速發(fā)電機(jī) d交流測速發(fā)電機(jī)1直流測速發(fā)電機(jī) 直流測速發(fā)電機(jī)就是專門測量轉(zhuǎn)速用的微型直流發(fā)電機(jī)。它的結(jié)構(gòu)與直流電動機(jī)相似，由轉(zhuǎn)子、定子及電刷和換向器組成。其中永磁式直流測速發(fā)電機(jī)采用永久磁鐵作磁極，其結(jié)構(gòu)見圖4-14。 圖4-14 永磁式直流測速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 圖4-14中的轉(zhuǎn)子繞組僅畫出了一個(gè)實(shí)際有多個(gè)），它與電樞共同組成轉(zhuǎn)子，永久磁鐵作為磁極構(gòu)成一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度按正弦規(guī)律分布的磁場，電刷與換向器實(shí)現(xiàn)滑動的電接觸，將發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的電壓向外送出。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，任何一個(gè)線圈在永久磁鐵構(gòu)成的磁感應(yīng)強(qiáng)度按正弦規(guī)律

18、變化的磁場中旋轉(zhuǎn)時(shí)，感應(yīng)電壓隨轉(zhuǎn)角的變化也成正弦規(guī)律變化。這樣，在恒速下電壓是正弦變化的。由于轉(zhuǎn)子線圈與換向器相連接，所以可以起到整流的作用，使輸出的電壓成為脈動的直流電壓。因?yàn)槎鄠€(gè)轉(zhuǎn)子繞組所產(chǎn)生的電壓為相位不同的正弦電壓，而每一個(gè)繞組又是均勻的分布在電樞上，因此，從電刷上輸出的電壓基本上是直流電壓，其交流紋波僅有23%。當(dāng)直流測速發(fā)電機(jī)空載工作時(shí)，由于勵(lì)磁磁通主要由永久磁鐵提供，可以認(rèn)定是恒定的，因此，發(fā)電機(jī)輸出電壓與電樞的轉(zhuǎn)速成正比，即Uex=K （4-1）式中 K比例系數(shù)角速度因此，就可以根據(jù)測得的輸出電壓大小，得知被測轉(zhuǎn)速。當(dāng)直流測速發(fā)電機(jī)有負(fù)載時(shí)，電樞中的旋轉(zhuǎn)線圈便會產(chǎn)生電流，該電流

19、產(chǎn)生的磁通與永久磁鐵的勵(lì)磁磁通相互作用，消弱了勵(lì)磁磁通，破壞了輸出電壓與轉(zhuǎn)速的線性度，使發(fā)電機(jī)的輸出特性產(chǎn)生誤差。為了提高直流發(fā)電機(jī)的測速精度，應(yīng)盡可能使測速發(fā)電機(jī)在低負(fù)載下工作，即工作在轉(zhuǎn)速變化范圍小而負(fù)載電阻較大的場合。 由于永磁式直流測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，溫度變化對激磁磁通的影響小，所以在小型測速機(jī)中應(yīng)用很廣，特別是隨著高性能永磁材料的發(fā)展，使永磁式直流測速發(fā)電機(jī)系列得到迅速發(fā)展。 圖4-15是直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性曲線。其中：RL為負(fù)載電阻，當(dāng)RL=時(shí)，測速機(jī)空載，隨著RL的減小，特性曲線的斜率變小。 圖4-15 直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性曲線 直流測速發(fā)電機(jī)具有線性度好、靈敏度

20、高以及輸出信號強(qiáng)等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動化檢測中被廣泛的應(yīng)用于轉(zhuǎn)速檢測和電機(jī)拖動閉環(huán)控制系統(tǒng)中。一般自動控制系統(tǒng)對直流測速發(fā)電機(jī)的主要要求是：1輸出電壓要與轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)性關(guān)系，正、反轉(zhuǎn)時(shí)特性一樣；2輸出特性的靈敏度高；3輸出電壓的紋波??；4電機(jī)的慣量小。另外還要求高頻干擾小、噪音小、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、體積小和重量輕等。在直流測速發(fā)電機(jī)上，為了從電樞上取得輸出電壓，必不可少的要設(shè)置換相器和電刷，這就帶來了換相器與電刷的磨擦、電壓波動和噪聲等問題。為了解決此類問題，給控制系統(tǒng)提供高性能的檢測裝置，人們設(shè)計(jì)了新型測速發(fā)電機(jī)，例如：無刷式直流測速發(fā)電機(jī)，霍爾式無刷直流測速發(fā)電機(jī)等。 圖4-16是霍爾式無刷

21、直流測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理圖。為了產(chǎn)生正弦函數(shù)的電壓，讓兩極已經(jīng)磁化了的鐵淦氧磁鐵旋轉(zhuǎn)，形成按正弦函數(shù)規(guī)律分布的旋轉(zhuǎn)磁場，利用互成直角固定安裝的兩個(gè)霍爾元件來檢測磁場，同時(shí)通過與定子線圈中產(chǎn)生的和電壓成正比的電流，獲得與角速度成正比而又沒有脈動成分的直流電壓。 圖4-16 霍爾式無刷直流測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理圖 2交流測速發(fā)電機(jī) 交流測速發(fā)電機(jī)包括同步測速發(fā)電機(jī)和異步測速發(fā)電機(jī)兩大類。（1同步測速發(fā)電機(jī) 分為永磁式、感應(yīng)子式和脈沖式三種。永磁式交流測速發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一臺單相永磁轉(zhuǎn)子同步發(fā)電機(jī)，定子繞組感應(yīng)的交變電勢的大小和頻率都隨輸入信號轉(zhuǎn)速的變化而變化，即 （4-2） （4-3）式中 =一

22、常系數(shù)； 電機(jī)極對數(shù)； 定子繞組每相匝數(shù)； 定子繞組基波繞組系數(shù)； 電機(jī)每極下基波磁通的幅值。 永磁式交流測速發(fā)電機(jī)，由于感應(yīng)電勢的頻率隨轉(zhuǎn)速而改變，致使電機(jī)本身的阻抗和負(fù)載阻抗均隨轉(zhuǎn)速而變化，所以這種測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓不再和轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。因此，永磁式交流測速發(fā)電機(jī)盡管結(jié)構(gòu)簡單，也沒有滑動接觸，但是不適用于自動控制系統(tǒng)，通常只作為指示式轉(zhuǎn)速計(jì)。感應(yīng)子式測速發(fā)電機(jī)和脈沖式測速發(fā)電機(jī)的工作原理基本相同，都是利用定、轉(zhuǎn)子齒槽相互位置的變化，使輸出繞組中的磁通發(fā)生脈動，從而感應(yīng)出電勢。從感應(yīng)子式測速發(fā)電機(jī)的工作原理看，它們和永磁式同步測速發(fā)電機(jī)一樣，由于電勢的頻率隨轉(zhuǎn)速而變化，致使負(fù)載阻抗和電機(jī)本

23、身的內(nèi)阻抗大小均隨轉(zhuǎn)速而改變，所以也不宜用于自動控制系統(tǒng)中。但是，如果采用二極管對這種測速發(fā)電機(jī)的三相輸出電壓進(jìn)行橋式整流，則可以取整流輸出的直流電壓作為速度信號用于自動控制系統(tǒng)。脈沖式測速發(fā)電機(jī)是以脈沖頻率作為輸出信號的，由于輸出電壓的脈沖頻率和轉(zhuǎn)速保持嚴(yán)格的正比關(guān)系，所以也屬于同步發(fā)電機(jī)類型。其特點(diǎn)是輸出信號的頻率相當(dāng)高，即使在較低的轉(zhuǎn)速下如每分鐘幾轉(zhuǎn)或幾十轉(zhuǎn)也能輸出較多的脈沖數(shù)，因而以脈沖個(gè)數(shù)顯示的速度分辨力就比較高，適用于速度比較低的調(diào)速系統(tǒng)，特別適用于鑒頻鎖相的速度控制系統(tǒng)。 （2異步測速發(fā)電機(jī) 按照結(jié)構(gòu)可分為鼠籠轉(zhuǎn)子和空心杯形轉(zhuǎn)子兩種。 鼠籠轉(zhuǎn)子測速發(fā)電機(jī)的靈敏度高，但線性度差，相

24、位誤差大，剩余電壓高，一般用在對精度要求不高的系統(tǒng)中?？招谋无D(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)的精度比鼠籠式要高得多，是目前應(yīng)用最廣的異步測速發(fā)電機(jī)。 空心杯形轉(zhuǎn)子測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖4-17所示。轉(zhuǎn)子是一個(gè)薄壁非磁性空心杯，因此轉(zhuǎn)動慣量很小。為了減小誤差，使輸出特性的線性度好，性能穩(wěn)定，其轉(zhuǎn)子電阻通常采用電阻率較大和溫度系數(shù)較低的材料制成，如硅錳青銅、錫鋅青銅、磷青銅等。杯的內(nèi)外由內(nèi)定子和外定子構(gòu)成磁路。 圖4-17 空心杯形轉(zhuǎn)子測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖4-18是空心杯轉(zhuǎn)子交流測速發(fā)電機(jī)工作原理圖。在定子上安放了兩套彼此相差90的繞組，F(xiàn)W作為勵(lì)磁繞組，接于單相額定交流電源，CW作為工作繞組又稱輸出繞組），接

25、入測量儀器作為負(fù)載。交流電源以旋轉(zhuǎn)的杯形轉(zhuǎn)子為媒介，在工作繞組上便感應(yīng)出數(shù)值與轉(zhuǎn)速成正比，頻率與電網(wǎng)頻率相同的電勢。圖4-18 空心杯轉(zhuǎn)子交流測速發(fā)電機(jī)工作原理圖 a轉(zhuǎn)子靜止時(shí) b轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí) 下面分析輸出電壓U0與轉(zhuǎn)速n成正比的原理。為方便起見，先將杯形轉(zhuǎn)子看成是一個(gè)導(dǎo)條數(shù)目非常多的籠型轉(zhuǎn)子，當(dāng)頻率為f1的勵(lì)磁電壓Uf加在繞組FW上，在測速發(fā)電機(jī)內(nèi)、外定子之間的氣隙中便產(chǎn)生一個(gè)與FW軸線一致的頻率為f1的脈動磁通f，f =fmSint （4-4）如果轉(zhuǎn)子靜止不動，則類似一臺變壓器，勵(lì)磁繞組相當(dāng)于變壓器的一次側(cè)繞組，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的二次側(cè)繞組。磁通f在杯形轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出變壓器電勢并引起渦流，

26、渦流產(chǎn)生的磁通將阻礙f的變化，其合成磁通1的軸線仍與勵(lì)磁繞組的軸線重合，而與輸出繞組CW的軸線相互垂直，故不會在輸出繞組上感應(yīng)出電勢，所以輸出電壓U0=0，如圖4-18a所示。但如果轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，則杯形轉(zhuǎn)子還要切割磁通1，進(jìn)而產(chǎn)生切割電勢e2p及電流i2p，如圖4-18b所示。因e=Blv，考慮到B與fm成正比,U與 n成正比，故e2p的有效值E2p與 m及 n成正比，即E2pfmn （4-5）當(dāng)勵(lì)磁電壓Uf一定時(shí)，fm基本不變， 由于 Uf=4.44f1W1f （4-6）故 E2pn （4-7）由e2p產(chǎn)生的電流i2p也要產(chǎn)生一個(gè)脈動磁通2，其方向正好與輸出繞組Cw的軸線重合

27、，且穿過CW，于是在輸出繞組CW上感應(yīng)出變壓器電勢e0，其有效值Eo與磁通2成正比，即 E02 （4-8）2E2p （4-9）將式4-9及式4-7帶入式4-8）可得 E0n 或者說 U0= E0=Kn （4-10）上式說明：在勵(lì)磁電壓Uf一定的情況下，當(dāng)輸出繞組的負(fù)載很小時(shí)，異步測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓U0 與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n成正比，其輸出特性曲線如圖4-13圖4-19所示。 圖4-19 異步測速發(fā)電機(jī)的輸出特性曲線 （二旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器俗稱碼盤，它是一種旋轉(zhuǎn)式測量裝置，通常安裝在被測軸上，隨被測軸一起轉(zhuǎn)動，用以測量轉(zhuǎn)動量主要是轉(zhuǎn)角），并把它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的輸出信號。旋轉(zhuǎn)編碼器有兩種基本形式，即

28、增量式編碼器和絕對值式編碼器常被稱為增量碼盤和絕對值碼盤）。根據(jù)工作原理和結(jié)構(gòu)，編碼器又分為接觸式、光電式和電磁式等類型。其中接觸式是一種最老的轉(zhuǎn)角測量元件，目前已很少采用。光電式編碼器是目前用得較多的一種，它沒有觸點(diǎn)磨損，允許轉(zhuǎn)速高，精度高，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格貴。電磁式編碼器同樣是一種無接觸式的碼盤，具有壽命長、轉(zhuǎn)速高、精度高等優(yōu)點(diǎn)，是一種有發(fā)展前途的直接編碼式測量元件。下面只重點(diǎn)介紹在電梯系統(tǒng)中常用的光電式編碼器。1光電式增量編碼器 光電式增量編碼器的結(jié)構(gòu)原理如圖4-20所示。圖4-20a中的最大部分是一個(gè)圓盤，圓盤上刻有節(jié)距相等的輻射狀窄縫，故稱為窄縫圓盤，節(jié)距為L。與圓盤對應(yīng)的還有兩

29、組檢測窄縫（組與組），它們的節(jié)距和圓盤上的節(jié)距是相等的。檢測窄縫與圓盤的配置如圖4-20b所示。 、兩組檢測窄縫的位置錯(cuò)開14節(jié)距，其目的是使A、B兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號在相位上相差90。兩組檢測窄縫是固定不動的，圓盤與被測軸相連。 圖4-20 光電式增量編碼器的結(jié)構(gòu)原理 當(dāng)圓盤隨著被測軸轉(zhuǎn)動時(shí)檢測窄縫不動），光線便透過圓盤窄縫和檢測窄縫照到光電轉(zhuǎn)換器A和B上，于是A和B就輸出兩個(gè)相位相差90的近似正弦波的電信號，電信號經(jīng)過邏輯電路處理、計(jì)數(shù)后就可以辨別轉(zhuǎn)動方向，得到轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。 光電式編碼器的信號處理線路方框圖見圖4-21，信號波形見圖4-22。圖4-21 光電式編碼器的信號處理線路方框圖

30、 圖4-22 光電式編碼器的信號波形圖 從圖4-20可以看出，在圖示位置基礎(chǔ)上正轉(zhuǎn)時(shí)順時(shí)計(jì)方向），經(jīng)過組檢測窄縫的光從中間值開始越來越少，而反轉(zhuǎn)時(shí)通過組的光越來越多。從圖示位置開始，無論正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，經(jīng)過組檢測窄縫的光都是由最少到最多。若圓盤正轉(zhuǎn)，則光電轉(zhuǎn)換器輸出信號的相位關(guān)系和波形如圖4-221所示，信號b比a越前90，經(jīng)過邏輯電路只輸出正轉(zhuǎn)的脈沖信號f。反轉(zhuǎn)時(shí)，a越前 b 90，波形如圖4-222），此時(shí)只輸出反轉(zhuǎn)脈沖信號。這些脈沖送給可逆計(jì)數(shù)器累計(jì)，就可測出旋轉(zhuǎn)角度。若記下單位時(shí)間的脈沖數(shù)，就可以測量轉(zhuǎn)速。需說明的是，增量式碼盤輸出的數(shù)字是表示相對于某個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的相對轉(zhuǎn)角，即對于這個(gè)基準(zhǔn)位置

31、碼盤所增加或減少的角度數(shù)量，所以稱為增量式碼盤。碼盤的分辨能力主要取決于碼盤轉(zhuǎn)一周時(shí)產(chǎn)生的脈沖數(shù)。圓盤上分割的窄縫越多，產(chǎn)生的脈沖數(shù)就越多，分辨力也就越高。增量式碼盤一般每轉(zhuǎn)可產(chǎn)生5005000個(gè)脈沖，最高可達(dá)幾萬個(gè)脈沖。分辨力高的碼盤，直徑也大，可以分割到更多的縫隙。此外，對光電轉(zhuǎn)換器輸出信號進(jìn)行邏輯處理，可以得到兩倍頻和四倍頻的脈沖信號，從而提高碼盤的分辨率。通常稱這種倍頻電路為電子細(xì)分線路。碼盤的分辨能力還可以用它所能分辨到的最小角度來表示，即每一個(gè)脈沖所對應(yīng)的圓心角，通常稱為測量精度。如：某個(gè)碼盤，轉(zhuǎn)一周時(shí)輸出的脈沖數(shù)為1024個(gè)即窄縫數(shù)），則其分辨角為（/脈沖）=0.352 碼盤的分

32、辨角度越小，則分辨力越高。 2絕對值編碼器 絕對值編碼器由三大部分組成見圖4-23），它包括旋轉(zhuǎn)的碼盤、光源和光電敏感元件。碼盤上有按一定規(guī)律分布的由透明和不透明區(qū)構(gòu)成的光學(xué)碼道圖案，它們是由涂有感光乳劑的玻璃質(zhì)水晶圓盤利用光刻技術(shù)制成的。光源是超小型的鎢絲燈泡或者是一個(gè)固定光源。檢測光的元件是光敏二極管或光敏三極管等光敏元件。 圖4-23 光電式絕對值編碼器 光源的光通過光學(xué)系統(tǒng)，穿過碼盤的透光區(qū)，最后與窄縫后面的一排徑向排列的光敏元件耦合，使輸出為邏輯“1”；若被不透明區(qū)遮擋，則光敏元件輸出低電平，代表邏輯“0”。對于碼盤的不同位置，每個(gè)碼道都有自己的邏輯輸出，各個(gè)碼道的輸出編碼組合就表示

33、碼盤的這個(gè)轉(zhuǎn)角位置。 對于各碼道的輸出信號，有幾種不同的編碼方式。圖4-24為二進(jìn)制編碼盤，每一個(gè)碼道代表二進(jìn)制的一位，最外層的碼道為二進(jìn)制的最低位，越向里層的碼道其代表的位數(shù)即“權(quán)越高，最高位在最里層。之所以這樣分配是因?yàn)樽畹臀坏拇a道要求分割的明暗段數(shù)最多，而最外層周長最大，容易分割。顯然，碼盤的分辨力與碼道多少有關(guān)。如果用N表示碼盤的碼道數(shù)目，即二進(jìn)制位數(shù)，則角度分辨力為 目前絕對值碼盤一般為19位，高精度的可達(dá)21位。 圖4-24 二進(jìn)制編碼盤 采用二進(jìn)制編碼有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，即在兩個(gè)位置交換處可能產(chǎn)生很大的誤差。例如，在0000和1111相互換接的位置，可能出現(xiàn)從0000一1111的各

34、種不同的數(shù)值，因而引起很大的誤差。在其它位置也有類似的現(xiàn)象。這種誤差叫非單值性誤差或模糊。對這種現(xiàn)象可以采用特殊代碼來消除。常用的一種編碼方法叫循環(huán)碼例如格雷碼）。采用二進(jìn)制循環(huán)碼格雷碼的碼盤示意圖見圖4-25。循環(huán)碼是無權(quán)碼，其特點(diǎn)為相鄰兩個(gè)代碼間只有一位數(shù)變化，即二進(jìn)制數(shù)有一個(gè)最小位數(shù)的增量時(shí)，只有一位改變狀態(tài)，因此產(chǎn)生的誤差不超過最小的“l(fā)個(gè)單位。但是，將格雷碼轉(zhuǎn)換成自然二進(jìn)制碼需要一個(gè)附加的邏輯處理轉(zhuǎn)換裝置。 圖4-25 二進(jìn)制循環(huán)碼盤格雷碼盤） 位置檢測裝置在電梯運(yùn)行過程中，為獲取轎廂的位置、速度、運(yùn)行方向等信號，完成對電梯的控制，需要設(shè)置許多電子開關(guān)、機(jī)械開關(guān)和檢測裝置。通過這些裝

35、置測出控制電梯運(yùn)行也是影響電梯性能的最重要的控制信號，這些信號包括：強(qiáng)迫換速、急停、門機(jī)控制、檢修與照明、層站顯示、門廳呼梯、校正、換速與平層等。其中換速平層信號用于調(diào)速裝置的控制，有著嚴(yán)格的時(shí)間和空間的關(guān)系，是影響電梯性能的最重要信號。在電梯中經(jīng)常使用的位置檢測裝置按照傳感器的類型可分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式傳感器能夠獲取兩個(gè)物體是否已經(jīng)接觸的信號；而非接觸式傳感器能夠判別在某一個(gè)范圍內(nèi)是否有某一物體存在或通過光、磁等信號辨別運(yùn)動物體的位置。接觸式傳感器 接觸式傳感器多用行程開關(guān)和微動開關(guān)等觸點(diǎn)器件構(gòu)成。在電梯系統(tǒng)中多用于接觸式門保護(hù)和限位保護(hù)中。1行程開關(guān) 行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖4-26

36、所示。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動部件與擋塊1或推桿2碰撞時(shí)，使觸頭3、觸頭4動作，并使觸頭的原有狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)而將有關(guān)的電信號送出。觸頭的通斷速度與運(yùn)動部件推動擋塊或推桿的速度有關(guān)。 圖4-26 行程開關(guān)的結(jié)構(gòu) 1擋塊 2推桿 3動斷觸點(diǎn) 4動合觸點(diǎn) 5彈簧片 2微動開關(guān) 由微動開關(guān)組成的位置傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、工作靈敏等特點(diǎn)，經(jīng)常用于檢測物體位置的傳感器構(gòu)造和分布形式如圖4-27所示。 圖4-27 微動開關(guān) a)構(gòu)造 b)分布形式非接觸式傳感器 在電梯運(yùn)行中，為使轎廂到達(dá)預(yù)定?？空荆枰崆耙欢ǖ木嚯x把快速運(yùn)行的電梯速度切換為平層前的慢速運(yùn)行，這種平層時(shí)自動?？康目刂蒲b置稱為換速平層裝置也稱井

37、道信息裝置）。為了便于與繼電器配合，傳感器最常用干簧管傳感器和雙穩(wěn)態(tài)磁開關(guān)。前者使用隔磁板也稱橋板進(jìn)行隔磁，后者使用圓形永久磁鐵也稱磁豆進(jìn)行觸發(fā)。1干簧管傳感器 80年代中期前采用永磁式干簧管傳感器作為開關(guān)器件的換速平層裝置。其中隔磁用的鐵板稱為隔磁板或橋板，它們通過支架固定在導(dǎo)軌上。當(dāng)轎廂運(yùn)動時(shí)；安裝在轎廂頂部的干簧管U形槽恰好使隔磁板通過，從而引起干簧管的接點(diǎn)切換。干簧管傳感器與隔磁板的位置如圖4-28所示。圖4-28 干簧管傳感器與隔磁板的位置 1平層裝置 2傳感器 3隔磁板 4支架 5導(dǎo)軌 6接線軟管 7轎廂頂 換速平層裝置中的換速傳感器和平層傳感器在結(jié)構(gòu)上是相同的，均由殼體、永久磁鐵

38、和干簧管三部分組成。這種傳感器相當(dāng)于一只永磁式繼電器，也稱為永磁感應(yīng)開關(guān)或干簧管傳感器，其結(jié)構(gòu)和工作原理如圖4-29所示。圖4-29a表示未放入永久磁鐵2時(shí)，干簧管3的觸點(diǎn)由于沒有受到外力的作用，其常開接點(diǎn)4是斷開的，常閉接點(diǎn)5是閉合的。圖4-29b表示把永久磁鐵2放進(jìn)傳感器后，干簧管的常開接點(diǎn)4閉合，常閉接點(diǎn)5斷開，這一情況相當(dāng)于電磁繼電器得電動作。圖4-29c表示當(dāng)外界把一塊具有高導(dǎo)磁系數(shù)的隔磁板7插入永久磁鐵和干簧管之間時(shí)，由于永久磁鐵所產(chǎn)生的磁場被隔磁板旁路，干簧管的接點(diǎn)5失去外力的作用，恢復(fù)到圖4-29a的狀態(tài)，這一情況相當(dāng)于電磁繼電器失電復(fù)位。根據(jù)干簧管傳感器這一工作特性和電梯運(yùn)行

39、特點(diǎn)設(shè)計(jì)制造出來的換速平層裝置，利用固定在轎架或?qū)к壣系膫鞲衅髋c隔磁板之間的相互配合，可以實(shí)現(xiàn)位置檢測功能，為各種控制方式的電梯提供了預(yù)定?？空緯r(shí)提前一定距離換速、平層?？康目刂菩盘?。提前換速點(diǎn)與停靠站樓面的距離與電梯的額定運(yùn)行速度有關(guān)，速度越快，距離越長。一般可按表4-1的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。圖4-29干簧管傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理 a放入永久磁鐵之前 b放入永久磁鐵之后 c插入隔磁板之后殼體 2磁鐵 3干簧管 4常開接點(diǎn) 5常閉接點(diǎn) 6磁力線 7隔磁板 2雙穩(wěn)態(tài)磁性開關(guān) 80年代中期以來，多采用雙穩(wěn)態(tài)磁性開關(guān)以下簡稱雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)作為電梯換速平層裝置的器件。這種裝置是由位于轎頂上的雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)和位于井道

40、的圓柱形永久磁鐵以下簡稱磁豆構(gòu)成，如圖4-30所示。 圖4-30 雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)換速平層裝置 1雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)座板固定架 2磁豆固定橫梁 3雙穩(wěn)態(tài)開關(guān) 4磁豆固定塑料架 5磁豆 6雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)座板 圖4-31 雙穩(wěn)態(tài)開關(guān) 1殼體 2干簧管 3方塊磁鐵 4引出線雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。其中兩只方塊磁鐵的N極和S極構(gòu)成一個(gè)閉合的磁場回路，它類似于兩只電池順向串接成的電路。兩只方塊磁鐵構(gòu)成的磁場力用于克服干簧管內(nèi)接點(diǎn)的彈力，使干簧管接點(diǎn)維持?jǐn)嚅_或閉合中的某一狀態(tài)。只有電梯在上下運(yùn)行中，當(dāng)雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)接近或路過磁豆，磁豆N和S極之間的磁場與兩只方塊磁鐵構(gòu)成的磁場相疊加的結(jié)果，才能使干簧管的接點(diǎn)翻轉(zhuǎn)變態(tài)，以此控制

41、相關(guān)電路。 兩只方塊磁鐵的N和S極所構(gòu)成的磁場強(qiáng)度，與單個(gè)方塊磁鐵的磁場強(qiáng)度及兩只方塊磁鐵的距離有關(guān)，如果構(gòu)成的磁場強(qiáng)度太強(qiáng)，則雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)接近或路過磁豆時(shí)，干簧管的接點(diǎn)狀態(tài)不會翻轉(zhuǎn)，如果磁場強(qiáng)度太弱，則不能使接點(diǎn)維持翻轉(zhuǎn)后的狀態(tài)。因此雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)對方塊磁鐵、干簧管和磁豆的安裝位置以及尺寸等的質(zhì)量要求都比較嚴(yán)格。 實(shí)際使用過程中，當(dāng)電梯向上行時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)接近或路過磁豆的S極時(shí)動作，接近或路過N極時(shí)復(fù)位。反之電梯向下運(yùn)行時(shí)雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)接近和路過磁豆的N極時(shí)動作，接近或路過S極時(shí)復(fù)位，以此輸出電信號，實(shí)現(xiàn)控制電梯到站提前換速或平層停靠的功能。雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)與磁豆的距離應(yīng)控制在68mm之間。雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)是當(dāng)前

42、廣泛應(yīng)用微機(jī)于電梯控制中不可缺少的重要一環(huán)。綜述其工作原理，即裝于電梯轎廂上的雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)隨著電梯轎廂運(yùn)行而經(jīng)過井道內(nèi)各個(gè)層樓的永久磁鐵磁豆時(shí)的變化量經(jīng)“異或非電路而轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制信號，并輸入計(jì)算機(jī)的比較環(huán)節(jié)，進(jìn)而決定出電梯的運(yùn)行方向。這種方法快速而準(zhǔn)確，必將隨著電梯控制系統(tǒng)中微機(jī)控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用而發(fā)展。第三節(jié) 直流電梯的速度閉環(huán)控制早期的電梯多采用直流拖動控制系統(tǒng)。因?yàn)橹绷麟娞菟俣瓤?、舒適感好、平層精度高。目前這種系統(tǒng)在梯速大于2.0m/s的電梯中仍有應(yīng)用包括有齒輪的和無齒輪的）。直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可由下式表示： （4-11）式中：Ua 電機(jī)進(jìn)線端的電壓 Ia 電樞電流 Ra 電樞電阻 Rt 外

43、接調(diào)整電阻； Ce 電勢系數(shù) 勵(lì)磁磁通 由上式可知，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速主要與輸入電機(jī)的端電壓、外接調(diào)整電阻及勵(lì)磁磁通有關(guān)，只要改變其中的某個(gè)參數(shù)，均可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。其中改變端電壓Ua比較理想，因?yàn)椴捎昧碎]環(huán)控制的直流調(diào)速方法，在不同電壓下的特性曲線均是平行的，即在同一電壓下負(fù)載變化時(shí)，其轉(zhuǎn)速變化不大，特別是用比例積分調(diào)節(jié)控制規(guī)律時(shí)，可以使靜態(tài)速降為0。直流電梯的拖動控制系統(tǒng)通常有兩種：一是用發(fā)電機(jī)組構(gòu)成的晶閘管勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)-電動機(jī)拖動控制系統(tǒng)如圖4-32所示）；二是變流裝置直接供電的晶閘管-電動機(jī)拖動控制系統(tǒng)如圖4-33所示）。兩者都是利用調(diào)整電動機(jī)端電壓Ua的方法進(jìn)行調(diào)速。前者是通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)

44、的勵(lì)磁改變發(fā)電機(jī)的輸出電壓即電動機(jī)的端電壓進(jìn)行調(diào)速，簡稱為晶閘管可控硅勵(lì)磁控制系統(tǒng)；后者是利用靜止變流裝置三相晶閘管整流），把交流變?yōu)榭煽氐闹绷?，供給直流電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。顯然，圖4-33所示的拖動控制系統(tǒng)省去了直流發(fā)電機(jī)組，因此降低了能耗和造價(jià)，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。 圖4-32 晶閘管勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)-電動機(jī)拖動控制系統(tǒng) 圖4-33 變流裝置直接供電的晶閘管-電動機(jī)拖動控制系統(tǒng) 上述兩種直流電梯的控制系統(tǒng)中都采用了晶閘管變流裝置，盡管這種裝置使得控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與可靠性有了明顯的提高，在技術(shù)性能上顯出較大的優(yōu)越性，但也有其弱點(diǎn)，首先，由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，不允許電流反向，使系統(tǒng)的可逆運(yùn)行困難，因此

45、需要正、反向運(yùn)行的場合，必須采用正、反兩組整流電路，所用的變流設(shè)備需要增加一倍。其次，晶閘管元件對過電壓、過電流以及過高的電壓、電流變化率du/dt和di/dt都十分敏感，其中任何一項(xiàng)指標(biāo)超過允許值都可能在很短的時(shí)間內(nèi)損壞元件，因此，必須有可靠的保護(hù)裝置和復(fù)合要求的三繞條件，而且在元件選擇時(shí)還應(yīng)該留有適當(dāng)?shù)挠嗟亍Ｗ詈?，?dāng)系統(tǒng)處在深調(diào)速時(shí)即轎低速運(yùn)行），晶閘管的導(dǎo)通角很小，使得系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的高次斜波電流成分，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備。當(dāng)晶閘管調(diào)速設(shè)備在電網(wǎng)中中所占容量的比重較大時(shí)，就會造成電力公害，因此，必須采取無功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。一、晶閘管勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)-電

46、動機(jī)拖動控制系統(tǒng)圖4-34是一快速直流電梯速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖，它采用閉環(huán)控制方法，在給定環(huán)節(jié)與速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)中都采用了比例積分控制規(guī)律。系統(tǒng)中的給定信號亦稱指令信號），一般是典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。給定電源經(jīng)分壓電阻后給出的是階躍信號，再經(jīng)積分轉(zhuǎn)換變成了軟化處理后圓滑的梯形信號。測速發(fā)電機(jī)可以取得與電梯速度成正比的電壓信號。速度給定信號與測速機(jī)輸出的電壓比較后得到偏差信號之后，送到具有比例積分的速度調(diào)節(jié)器進(jìn)行放大調(diào)節(jié)。要求調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的響應(yīng)過程既快又穩(wěn)，不能引起響應(yīng)信號的振蕩。然后放大后的輸出信號加到反并聯(lián)的兩組觸發(fā)器上，使兩組觸發(fā)器同時(shí)得到兩個(gè)符號相反、大小相等的控制信號，控制兩組觸發(fā)器的輸出脈沖，

47、同時(shí)向相反方向作相等角度的移動，用以控制可控硅整流器的輸出電壓的大小和極性。晶閘管整流器的輸出電壓控制直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁磁通，使發(fā)電機(jī)電樞的輸出電壓隨之變化，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨發(fā)電機(jī)的輸出電壓而變化，最終使速度跟隨給定的速度曲線變化，達(dá)到速度自動調(diào)節(jié)的目的。 圖4-34 快速直流電梯速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖 在該系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)換器輸出一個(gè)正電壓時(shí)，與測速發(fā)電機(jī)電壓比較后，加給速度調(diào)節(jié)器一個(gè)正的速度誤差信號，速度調(diào)節(jié)器輸出一個(gè)負(fù)電壓，使正向組觸發(fā)器的輸出脈沖前移，正向組晶閘管變流器工作在整流狀態(tài)。與此同時(shí)，反向組觸發(fā)器的輸出脈沖后移，反向組晶閘管變流器工作在待逆變狀態(tài)。結(jié)果供給發(fā)電機(jī)一個(gè)正的勵(lì)磁電流，并輸出正

48、電壓，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，電梯上升運(yùn)行。反之，則電機(jī)反轉(zhuǎn)，電梯下行。圖4-35為高速電梯速度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖。與圖4-34所示的快速梯相比較，增加了電流調(diào)節(jié)器、電流檢測、預(yù)負(fù)載信號和電平檢測等環(huán)節(jié)，從閉環(huán)控制系統(tǒng)的角度看，實(shí)際上是增加了一個(gè)內(nèi)環(huán)，形成了雙環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)是速度環(huán)。電流調(diào)節(jié)器在內(nèi)環(huán)的前向通道上，可以提高系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)，使電梯起、制動過程中主回路電流的豐滿度較好。另外在電流調(diào)節(jié)器的同相輸入端還加進(jìn)了轎廂的預(yù)負(fù)載信號，該信號可由稱量裝置檢測得到，并把重量信號轉(zhuǎn)換成電信號，以反映轎廂內(nèi)的重量，使主回路產(chǎn)生一個(gè)預(yù)負(fù)載力矩，避免抱閘打開瞬間而產(chǎn)生溜車。 圖4-35 高速電梯速度自動調(diào)節(jié)

49、系統(tǒng)原理圖 二、變流裝置直接供電的直流拖動控制系統(tǒng) 由于晶閘管勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)-電動機(jī)拖動控制系統(tǒng)的電路復(fù)雜，調(diào)試維修不便、體積大、噪音大、占空間多而且能耗也大。因此在大功率晶閘管變流裝置的技術(shù)及其元件質(zhì)量得到極大提高的今天，將完全有可能用晶閘管變流裝置取代發(fā)電機(jī)組直接向直流電動機(jī)供電。這樣的拖動控制系統(tǒng)控制方便、重量輕、噪音小、維修容易，可節(jié)能30左右。圖4-36是一變流裝置直接供電的直流高速電梯速度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖。它主要由兩組晶閘管取代了傳統(tǒng)系統(tǒng)中的直流發(fā)電機(jī)組。兩組晶閘管可以配合進(jìn)行相位控制，或處于整流或處于逆變狀態(tài)。當(dāng)控制電路對給定的速度指令信號與速度反饋信號、電流反饋信號進(jìn)行比較運(yùn)算

50、后，就決定了兩組晶閘管裝置中哪一組應(yīng)該投入運(yùn)行，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，控制晶閘管變流裝置的輸出電壓，即曳引電動機(jī)的電樞電壓。于是，電梯便跟隨速度指令信號運(yùn)行。圖4-36 變流裝置直接供電的直流高速電梯速度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖 圖4-37 控制電路框圖 常用的可控整流電路是將電源變壓器接成三角形-星形，副邊有中心抽頭。正反向晶閘管變流裝置分別把電源變壓器三相的正半波或三相的負(fù)半波換成直流電，正向或反向加于直流電機(jī)的電樞端，使電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。而電樞端電壓大小的變化，則由控制電路送出的脈沖相位的移動所決定。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，大規(guī)模集成元件的誕生以及晶閘管變流元器件反向耐壓的提高，這種拖動控制系統(tǒng)將

51、完全取代發(fā)電機(jī)-電動機(jī)直流拖動控制系統(tǒng)。第四節(jié) 交流調(diào)壓調(diào)速電梯的速度閉環(huán)控制 一般的交流雙速電梯結(jié)構(gòu)簡單可靠，但其制動時(shí)加速度大，運(yùn)行不平穩(wěn)，性能不如直流調(diào)速電梯。因此隨著電力電子器件和控制技術(shù)的發(fā)展，對交流電梯中的交流感應(yīng)電動機(jī)采用速度反饋的閉環(huán)控制，在電梯的運(yùn)行中不斷檢查其運(yùn)行速度是否符合理想的速度曲線要求，并用晶閘管裝置可控硅取代起、制動用電阻、電抗器，從而控制起、制動電流，以達(dá)到起、制動舒適以及運(yùn)行平穩(wěn)的目的。 交流調(diào)速電梯在運(yùn)行的各個(gè)階段控制方式大致有三種如圖4-38所示）。 圖4-38 電梯各階段的運(yùn)行控制 從圖中可以看出，不管何種控制形式的交流調(diào)速系統(tǒng)，其制動過程總是要加以控制

52、的，電梯的減速制動是電梯運(yùn)行控制中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，就其制動過程的控制而言，其制動的方式有能耗制動、渦流制動器制動和反接制動等。無論哪一種制動方式，其制動原則都是按距離或模擬按距離制動，直接?？繕菍悠矫?，電梯的平層精確度可控制在10mm之內(nèi)。這種系統(tǒng)由于無低速爬行時(shí)間，使電梯的總輸送效率大大提高，梯速可超過1m/s，最大可達(dá)5m/s。 一、能耗制動型 這種系統(tǒng)采用可控硅調(diào)壓調(diào)速再加直流能耗制動組成。通常失電后對慢速繞組中的兩相繞組通以直流電流，在定子內(nèi)形成一個(gè)固定的磁場。當(dāng)轉(zhuǎn)子由于慣性而繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，其導(dǎo)體切割磁力線，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電勢及轉(zhuǎn)子電流，這一感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場對定子磁場而言是靜止的。由

53、于定子總磁通和轉(zhuǎn)子中的電流相互作用，與定子電流相應(yīng)產(chǎn)生了制動力矩，其大小與定子的磁化力及電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)。這種狀態(tài)下的機(jī)械特性曲線是在第象限中通過坐標(biāo)原點(diǎn)向外延伸的曲線見圖4-39）。從曲線形狀可見，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩下降為零，轉(zhuǎn)速也為零，所以應(yīng)用能耗制動使轎廂能準(zhǔn)確停車，再加上用晶閘管裝置構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)以調(diào)節(jié)速度，因而可以得到滿意的舒適感及平層精度。 圖4-39 能耗制動特性曲線 由于能耗制動力矩是由電機(jī)本身產(chǎn)生的，因此對起動加速、穩(wěn)速運(yùn)行和制動減速實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的控制不但可能而且是方便的。具體可根據(jù)電機(jī)特性及調(diào)速系統(tǒng)的配置而定。 圖4-40是一種能耗制動調(diào)速電梯主拖動控制系統(tǒng)的原理框圖。這種系統(tǒng)對電動機(jī)的制

54、造要求較高，因此電動機(jī)在運(yùn)行過程中一直處于轉(zhuǎn)矩不平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致電動機(jī)運(yùn)行噪聲增大以及電機(jī)會發(fā)生過熱現(xiàn)象。 圖4-40 能耗制動調(diào)速電梯主拖動控制系統(tǒng)原理框圖 二、渦流制動器調(diào)速系統(tǒng)渦流制動器通常由電樞和定子兩部分組成。電樞和異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子相似，其結(jié)構(gòu)可以是籠型，也可以是簡單的實(shí)心轉(zhuǎn)子。定子繞組通過直流電流勵(lì)磁。渦流制動器在電梯中使用時(shí)，或與電梯的主電機(jī)共為一體，或與電動機(jī)分離，但兩者的轉(zhuǎn)子是同軸相連的。因而它具有可調(diào)節(jié)制動轉(zhuǎn)矩的特性。當(dāng)電梯在運(yùn)行中需要減速時(shí)，則斷開主電機(jī)電源，而給同軸的渦流制動器的定子繞組輸入直流電源以產(chǎn)生一個(gè)直角坐標(biāo)磁場。由于此時(shí)渦流制動器轉(zhuǎn)子仍以電動機(jī)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并

55、切割定子產(chǎn)生的磁力線，這樣在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生一個(gè)與定子磁場相關(guān)的渦流電流，而這個(gè)渦流電流所產(chǎn)生的磁力線與定子的磁力線相互作用，產(chǎn)生一個(gè)與其轉(zhuǎn)向相反的渦流制動轉(zhuǎn)矩。按照給定的規(guī)律輸給渦流制動器定子繞組直流電流，就可控制渦流制動器轉(zhuǎn)矩的大小，從而也就控制了電梯的制動減速過程。圖4-41是一種利用渦流制動器控制的交流調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖。該系統(tǒng)開環(huán)分級起動，開環(huán)穩(wěn)定運(yùn)行至減速位置時(shí)，由井道內(nèi)每層的永磁體與轎廂頂上的雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)相互作用繼而發(fā)出減速信號，一方面使曳引電動機(jī)撤出三相電源，另一方面給與電動機(jī)同軸的渦流制動器繞組輸入可控的直流電流，使其產(chǎn)生相應(yīng)的制動力矩，從而令電梯按距離制動減速直接停靠，準(zhǔn)確停層干所

56、需的層站。 圖4-41 帶渦流制動器的交流調(diào)速控制系統(tǒng)原理框圖 按距離制動減速的控制過程是：根據(jù)電梯不同的額定速度，有一個(gè)實(shí)現(xiàn)設(shè)定好的減速距離S0，則電梯瞬時(shí)距樓層平面的距離S應(yīng)為，而實(shí)際上需要的是速度量，即，a為設(shè)定的平均減速度值。將這一瞬時(shí)速度作為渦流制動器的給定量。隨著距離S的減少，其制動強(qiáng)度也相應(yīng)減少，直到準(zhǔn)確停車為止。制動減速過程不僅隨距離的減少而減弱，而且這一過程也是轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)系統(tǒng)的控制過程，可大大提高控制的質(zhì)量和精度，使電梯的平層準(zhǔn)確度保證在7mm之內(nèi)。 這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。由于控制是通過控制渦流制動器內(nèi)的電流來實(shí)現(xiàn)的，故被控對象只是一個(gè)電流。這樣的控制不僅容易做到，

57、而且其穩(wěn)定性好。另外在制動減速時(shí)電機(jī)撤出電網(wǎng)，藉渦流制動器把系統(tǒng)所具有的動能消耗在渦流制動器轉(zhuǎn)子的發(fā)熱上。因此電梯系統(tǒng)從電網(wǎng)獲得的能量大大低于其他系統(tǒng)，一般減少20左右。但由于是開環(huán)起動的，因此起動的舒適感不是最理想，其額定速度也只能限制在2ms以下。 三、反接制動方式 反接制動也是電梯的一種制動調(diào)速方法。電梯在減速時(shí)，把定子繞組中的兩相交叉改變其相序，使定子磁場的旋轉(zhuǎn)方向改變，而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向仍未改變，即電機(jī)轉(zhuǎn)子逆磁場的旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生制動力矩，使轉(zhuǎn)速逐漸降低，此時(shí)電機(jī)以反相序運(yùn)轉(zhuǎn)于第象限。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到零時(shí)，需立即切斷電機(jī)電源，抱閘制動，否則電機(jī)就自動反轉(zhuǎn)。 圖4-42是一種反接制動的交調(diào)電梯

58、的拖動控制系統(tǒng)原理框圖。該系統(tǒng)的電機(jī)仍可用交流雙速感應(yīng)電動機(jī)，起動加速至穩(wěn)速以及制動減速的過程都采用閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速方式，且高低速分別控制。但在制動減速時(shí)，將低速繞組接成與高速繞組相序相反的狀態(tài)，使之產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩亦即反接制動，與此同時(shí)，高速繞組的轉(zhuǎn)矩也在逐漸減弱，從而使電梯按距離制動并減速直接?？俊?圖4-42 反接制動的交流調(diào)速電梯拖動控制系統(tǒng)原理框圖 這種系統(tǒng)采用的是全閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速控制，運(yùn)行性能良好。由于采用反接制動方式使電梯減速，因此對電梯系統(tǒng)的慣性矩要求不高，不象前述的渦流制動或能耗制動系統(tǒng)那樣，要求電梯有一定數(shù)量級的慣性矩一般在電動機(jī)軸端加裝適當(dāng)?shù)娘w輪），這樣使得機(jī)械傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、輕

59、巧。另外在制動減速時(shí)，高速繞組不斷開，而僅在低速繞組上施加反相序電壓即反接制動），因此該系統(tǒng)的動能全部消耗在電動機(jī)轉(zhuǎn)子的發(fā)熱上，能量消耗較前述幾個(gè)系統(tǒng)都大，故電機(jī)必須要有強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱裝置。這也是該系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)。 這種反接制動的交流調(diào)速電梯雖有能耗大的不足之處，但其運(yùn)行性能良好，故仍較多地應(yīng)用于額定速度不大于 2ms的電梯上。變頻調(diào)速電梯的速度閉環(huán)控制 變頻調(diào)速電梯的速度閉環(huán)控制根據(jù)電機(jī)學(xué)公式可知，交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是施加于定子繞組上的交流電源頻率的函數(shù)，均勻且連續(xù)地改變定子繞組的供電頻率，可平滑地改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。但是根據(jù)電梯為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的要求，在變頻調(diào)速時(shí)需保持電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩不變，維持

60、磁通恒定。這就要求定子繞組供電電壓也要作相應(yīng)的調(diào)節(jié)。因此，其電動機(jī)的供電電源的驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)能同時(shí)改變電壓和頻率。即對電動機(jī)供電的變頻器要求有調(diào)壓和調(diào)頻兩種功能。使用這種變頻器的電梯常稱為VVVF型電梯。 一、變頻器變頻器可以分為交一交變頻器和交一直一交變頻器兩大類，其原理框圖如圖4-43所示。前者的頻率只能在電網(wǎng)頻率以下的范圍內(nèi)進(jìn)行變化，而后者的頻率是由逆變器的開關(guān)元件的切換頻率所決定，即變頻器的輸出頻率不受電網(wǎng)頻率的限制。 圖4-43 變頻器原理框圖 交一交變頻器的工作原理如圖4-44所示。它由兩組反并聯(lián)的整流器P和N所組成。經(jīng)適當(dāng)?shù)摹半娮娱_關(guān)按一定的頻率使P組和N組輪流向負(fù)載R供電，負(fù)載R就